大学物理课件 激光.ppt

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1、前言激光又名镭射(Laser)，它的全名是“辐射的受激发射光放大”。(LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation)§28-4激光Ⅰ.特点：2）方向性极好脉冲瞬时功率大（可达～1017瓦）（～10-8埃）1）单色性极好3）亮度极高（发散角～10-8弧度）2）按工作方式分连续式（功率可达104W）脉冲式（瞬时功率可达1017W）3)按波长分：(100nm）（1.222mm）Ⅱ.种类：固体（如红宝石Al2O3）液体（如某些染料）气体（如He-Ne，CO2）半导体（如砷化镓GaAs）1）按工作物质分极紫外──可见光──亚毫米一、粒

2、子数按能级的统计分布由大量原子组成的系统，在温度不太低的平衡态，原子数目按能级的分布服从玻耳兹曼统计分布：若E2>E1，则两能级上的原子数目之比数量级估计：T～103K；kT～1.38×10-20JE2-E1～1eV;高能级上原子数少～0.086eV;原子能级分类：1、基态能级：原子最低能级。原子状态最稳定2、激发态能级：原子停留时间0~10-8s3、亚稳态能级：原子停留时间»0二、自发辐射、受激辐射和吸收1.自发辐射(spontaneousradiation)E2E1N2N1h各原子自发辐射的光是独立的、无关的非相干光。2．受激辐射(stimulatedradiation)E

3、2E1N2N1全同光子h受激辐射光与外来光的频率、偏振方向、相位及传播方向均相同------有光的放大作用。（爱因斯坦预言，为激光器的制作成功所证明）h3.吸收(absorption)E2E1N2N1h上述外来光也有可能被吸收，使原子从E1E2。三、粒子数反转1.为何要粒子数反转(populationinversion)从E2E1自发辐射的光，可能引起受激辐射过程，也可能引起吸收过程。产生激光必须使受激辐射的原子数>吸收光子的原子数即：造成粒子数反转2．粒子数反转举例例.He一Ne气体激光器的粒子数反转He-Ne激光器中He是辅助物质，Ne是激活物质，He与Ne之比为5∶1

4、10∶1。谐振腔亚稳态亚稳态Ne原子可以产生多条激光谱线,图中标明了最强的三条:0．6328ｍ1．15m3．39ｍ它们都是从亚稳态到非亚稳态（非基态）之间发生的，因此较易实现粒子数反转。四、光学谐振腔激光器有两个反射镜，它们构成一个光学谐振腔。激励能源全反射镜部分反射镜激光光学谐振腔的作用：1.使激光具有极好的方向性（沿轴线）；2.增强光放大作用（延长了工作物质）；3.使激光具有极好的单色性（只有能够形成驻波的频率方能维持振荡——选频）小结：产生激光的必要条件ｌ.激励能源（使原子激发）２.粒子数反转（有合适的亚稳态能级）３.光学谐振腔（方向性，光放大，单色性）激光的特性及其

5、应用★方向性极好的强光束--------准直、测距、切削、武器等。★相干性极好的光束-------精密测厚、测角，全息摄影等。例１．激光光纤通讯由于光波的频率比电波的频率高好几个数量级，一根极细的光纤能承载的信息量相当于图片中这麽粗的电缆所能承载的信息量。例2.激光手术刀（不需开胸，不住院）照明束……照亮视场纤维镜激光光纤……成象有源纤维强激光……使堵塞物熔化臂动脉主动脉冠状动脉内窥镜附属通道有源纤维套环纤维镜照明束附属通道（可注入气或液）……排除残物以明视线套环……（可充、放气）阻止血流或使血流流通例1.按照原子的量子理论，原子可以通过和两种辐射方式发光，而激光是由方式产生

6、的。自发辐射、受激辐射受激辐射例2.激光器中光学谐振腔的作用是（1）；（2）；（3）。作业P38828.27